Генерация ультрадисперсных частиц при облучении металлической мишени мощным электронным пучком

Фенько, Евгений Леонидович

Генерация ультрадисперсных частиц при облучении металлической мишени мощным электронным пучком тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.13 ВАК РФ

Фенько, Евгений Леонидович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Екатеринбург МЕСТО ЗАЩИТЫ

2010 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.13 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Генерация ультрадисперсных частиц при облучении металлической мишени мощным электронным пучком»

Автореферат диссертации на тему "Генерация ультрадисперсных частиц при облучении металлической мишени мощным электронным пучком"

004606825

На правах рукописи

ФЕНЬКО Евгений Леонидович

ГЕНЕРАЦИЯ УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ ПРИ ОБЛУЧЕНИИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ МИШЕНИ МОЩНЫМ ЭЛЕКТРОННЫМ ПУЧКОМ

01.04.13 - Электрофизика, электрофизические установки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Екатеринбург - 2010

004606825

Работа выполнена в лаборатории нелинейной оптики Института электрофизики УрО РАН и Южно-Уральского государственного университета.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор Яловец Александр Павлович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук Коренченко Анна Евгеньевна

кандидат физико-математических наук Болтачев Грэй Шамилевич

Ведущая организация: НИИ высоких напряжений при ГОУ ВПО

«Национальный Исследовательский Томский политехнический университет», г. Томск

Защита диссертации состоится « 25 » мая 2010 года в 15-00 на заседании диссертационного совета Д 004.024.01 при Институте электрофизики УрО РАН по адресу: 620016, г. Екатеринбург, ул. Амундсена, 106.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института электрофизики УрО РАН.

Автореферат разослан «_2_» _апреля_ 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор физико-математических наук

Сюткин Н.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время быстрыми темпами идет разработка методов создания наноразмерных материалов, изучение их свойств и применение, как в научных исследованиях, так и в промышленности. Наибольший интерес представляют материалы, имеющие структурные элементы с характерными размерами в диапазоне 1-100 нм. Интерес обусловлен тем, что переход к наноразмерному состоянию сопровождается появлением принципиально новых свойств материала.

Наноразмерные материалы могут быть получены различными методами, каждый из которых имеет свои преимущества, недостатки и область применения. Одним из относительно новых и перспективных методов получения наноразмерных материалов является элеюронно-лучевой метод, достоинствами которого являются: возможность испарять любые материалы, химическая чистота продукта, высокий к.п.д. электронного ускорителя.

К недостаткам метода относится необходимость радиационной защиты.

Многочисленные экспериментальные исследования по генерации наночастиц электронно-лучевым методом демонстрируют широкий диапазон размеров получаемых частиц - от единиц нанометров до единиц микрометров.

Анализ результатов экспериментов [1, 2, 3, 4] позволяет отметить общие для различных материалов закономерности: а) существуют частицы с размерами в несколько единиц нанометров; б) существуют агломераты, размеры которых достигают нескольких сотен нанометров; в) в экспериментах [3, 4], где наблюдается частичное испарение кристаллитов, частицы достигают субмикронных размеров.

Естественно предположить, что конечные размеры частиц зависят от режима и геометрии облучения, а также способа охлаждения. Из сказанного следует, что необходимы исследования общих закономерностей динамики формирования частиц и их зависимостей от условий облучения и охлаждения.

Теоретические исследования и описание данных закономерностей актуальны как с точки зрения фундаментальных вопросов физики высоких плотностей

энергии, так и с точки зрения разработки и оптимизации радиационных методов генерации ультрадисперсных частиц.

Для проведения теоретических исследований генерации ультрадисперсных частиц при воздействии на материал мощных электронных пучков необходима самосогласованная модель, которая включает в себя: описание взаимодействия электронного пучка с материалом мишени и модель гетерогенных сред с учетом процессов конденсации и испарения.

В настоящее время при описании механики гетерогенных сред большое внимание уделяется развитию моделей многоскоростных взаимодействующих континуумов [5, 6]. Практическая реализация упомянутых выше моделей встречает трудности, обусловленные отсутствием необходимой информации для получения замкнутой системы уравнений. Поэтому теоретические исследования в области моделей гетерогенных сред с учетом процессов конденсации и испарения остаются актуальными.

Цель работы. Исследование механизмов и закономерностей генерации ультрадисперсных частиц в плазменном факеле, образованном при воздействии мощного электронного пучка на металлическую мишень.

Задачи диссертационной работы: описание механизма образования плазменного факела при воздействии мощного электронного пучка на металлическую мишень; разработка модели гетерогенной среды с учетом процессов теплопроводности, теплообмена и трения между компонентами, релаксации компонент к равновесному состоянию, конденсации, испарения и коагуляции капель вследствие их столкновений для описания динамики системы частиц в плазменном факеле; исследование механизмов и закономерностей формирования ультрадисперсных частиц в плазменном факеле; проведение численных экспериментов и нахождение распределения доли частиц по размерам для различных металлов в зависимости от условий облучения и охлаждения.

испарения и коагуляции капель вследствие их столкновений. Разработанная модель и реализующая ее программа были использованы для проведения численных исследований по генерации ультрадисперсных частиц в плазменном факеле металла. Расчет взаимодействия электронного пучка с материалом мишени осуществлен с помощью пакета программ ВЕТАШ [7].

Научная новизна и значимость.

1) Проведены теоретические исследования генерации ультрадисперсных частиц при облучении металлической мишени мощным электронным пучком.

2) Для описания течений в плазменном факеле предложена модель гетерогенных сред, в которой учтены процессы: теплопроводность, теплообмен и трение между компонентами, релаксация компонент среды к равновесному состоянию, конденсация, испарение и коагуляция капель.

3) Проведены численные эксперименты по генерации ультрадисперсных частиц электронно-лучевым методом с учетом наклонного падения электронного пучка на мишень и охлаждения плазменного факела, которые позволили исследовать общие закономерности формирования спектра частиц в плазменном факеле в зависимости от условий облучения и охлаждения.

4) Показаны границы размеров ультрадисперсных частиц и роль механизмов конденсации и коагуляции в процессе формирования частиц в плазменном факеле, образованном при облучении металлической мишени мощным электронным пучком.

Основные положения, выносимые на защиту:

1) Модель гетерогенных сред, в которой учтены процессы теплопроводности, теплообмена и трения между компонентами, релаксации компонент среды к равновесному состоянию, конденсации, испарения, и коагуляции капель вследствие их столкновений.

2) В режиме частичного испарения из твердой фазы размер частиц определяется размером кристаллитов в твердой фазе и плотностью вложенной в мишень энергии, и основным механизмом формирования частиц является конденсация пара на каплях, являющихся остатками кристаллитов.

3) В режиме полного испарения основным механизмом образования ультрадисперсных частиц диаметром 1-40 нм является гомогенная конденсация. Ультрадисперсные частицы диаметром 10-^200 нм образуются в результате коагуляции более мелких частиц.

4) Охладитель плазменного факела играет существенную роль при формировании спектра ультрадисперсных частиц в режиме полного испарения. При скорости охлаждения более 108 К/с ультрадисперсные частицы имеют размеры 1-К30 нм и формируются преимущественно путем конденсационного роста. При скорости охлаждения менее 108 К/с частицы имеют размеры 1-^-200 нм и формируются преимущественно путем коагуляции.

5) В режиме испарения из жидкой фазы формируются частицы размером от 10 нм до субмикронных размеров, и основными механизмами, отвечающим за формирование спектра размеров частиц, являются коагуляция мелких частиц и конденсационный рост крупных частиц.

Личный вклад автора. Разработка модели гетерогенной среды: анализ существующих моделей гетерогенных сред, формулировка системы уравнений модели гетерогенной среды с учетом процессов теплопроводности, теплообмена и трения между компонентами, релаксации компонент к равновесному состоянию, конденсации, испарения, и коагуляции капель. Разработка программы, реализующей указанную модель. Численные исследования генерации ультрадисперсных частиц в различных режимах облучения и охлаждения, анализ полученных результатов, исследование механизмов и закономерностей формирования ультрадисперсных частиц.

Практическая ценность результатов работы заключается в возможности использования разработанной модели и программы для определения параметров электронного облучения и охлаждения в случае генерации ультрадисперсных частиц в заданном диапазоне размеров.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на международной конференции «1Х-е Забабахинские Научные Чтения» (Снежинск, 2007); на научно-координационной сессии «Исследования неидеальной плазмы»

(Москва, 2007); на международной конференции «9th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows» (Томск, 2008); на международном симпозиуме «15th International Symposium on High-Current Electronics» (Томск, 2008); на XVI-й Зимней школе по механике сплошных сред (Пермь, 2009); на «11-й Конференции молодых ученых» (Екатеринбург, 2009); на международной конференции «14th International Conference of Radiation Physics and Chemistry of Inorganic Materials» (Астана, 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 3 статьи в рецензируемых журналах, рекомендуемых ВАК, 3 статьи в сборниках трудов конференций, тезисы 3 докладов.

Связь работы с научными программами. Работа выполнена при частичной финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (госконтракт №02.513.11.3127), ИНТАС (проект №06-1000013-8949), РФФИ (проект №06-08-00355а), РФФИ-Урал (проект №07-08-96032), Президиума УрО РАН в рамках целевой программы поддержки интеграционных проектов, выполняемых в содружестве с учеными СО и ДВО РАН, а также - в рамках программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Теплофизика и механика экстремальных энергетических воздействий и физика сильно сжатого вещества».

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и одного приложения, изложена на 168 страницах, содержит 47 рисунков, 2 таблицы. Библиографический список содержит 116 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследования, перечислены основные положения, выносимые на защиту, описана структура диссертации.

В первой главе описано современное состояние проблемы получения ультрадисперсных порошков различного рода материалов методами импульсного нагрева: электрический взрыв проводников, лазерный нагрев, электронно-

лучевой нагрев. Приводятся экспериментальные данные по генерации ультрадисперсных частиц электронно-лучевым методом.

Анализ экспериментальных данных [8] позволяет утверждать, что нагрев металлической мишени мощным электронным пучком приводит к ее растрескиванию на кристаллиты. Дальнейший нагрев кристаллитов приводит к их плавлению, переходу в жидкие капли и образованию пара с их поверхности. В зависимости от вложенной в мишень энергии возможно полное либо частичное (неполное) испарение капель расплава.

Пары металла и капли расплава на момент окончания облучения представляют собой, в общем случае, гетерогенную среду, в которой, в дальнейшем, идут процессы конденсации и испарения, определяющие формирование ультрадисперсной фазы.

Проведен обзор моделей конденсации и испарения. Рассмотрены процессы формирования ядер конденсации в пересыщенном паре, процессы роста и испарения капель, процесс коагуляции капель.

Проведен анализ существующих моделей гетерогенных сред. Показаны достоинства и недостатки моделей.

Во второй главе описана модель гетерогенной среды с учетом процессов теплопроводности, теплообмена и трения между компонентами, релаксации компонент среды к равновесному состоянию, конденсации, испарения и коагуляции капель вследствие их столкновений.

Следуя работам [5, 6], в модели гетерогенная среда рассматривается как совокупность многоскоростных взаимодействующих континуумов. Индексом j обозначается произвольная компонента среды.

В решаемой задаче рассматривается многокомпонентная среда, состоящая из инертного газа j=i (inert gas), пара j=v (vapor) и капель разных размеров и термодинамических состояний.

Определим V - элементарный объем гетерогенной смеси; V<J) - объем j-компоненты в элементарном объеме V; аь) = V(J)/V - объемная доля j-компоненты.

Основные положения модели гетерогенных сред:

а) Усредненные по физически малому объему тензор деформации и тензор скоростей деформации гетерогенной смеси имеют, соответственно, вид

- тензор скоростей деформации ^компоненты.

б) Все компоненты равноправны и движутся в поле давлений смеси

при записи уравнений для объемных долей компонент.

в) Работа, совершаемая ^компонентой в единицу времени в единице объема гетерогенной среды имеет вид А(3) = а(йРшу11.

г) Компоненты гетерогенной среды стремятся к локальному термодинамическому равновесию.

Описание течений смеси проводится в подвижной системе координат, связанной с движением центра масс. Полная производная по времени имеет вид:

= где ус - скорость центра масс. Далее V01, т0), р0) =тш / V01,

р(>} = т'" / V = а11]ри) - соответственно скорость, масса в объеме V, истинная плотность, приведенная плотность ^компоненты. Относительная скорость ^ компоненты имеет вид: = уш - ус.

Система уравнений механики гетерогенной среды для ^компоненты в системе центра масс записана в интегральной форме.

Уравнение непрерывности ^компоненты имеет вид:

= и ул = ^ог^'у^', где и^ - тензор деформации ^компоненты, у!

¡к

Процессы установления равновесия между компонентами учтены

О, j = i,

где Jc-ik•> - скорость перехода массы от к-компоненты к ^компоненте в единицу времени в единице объема.

Уравнение движения ^компоненты в поле давлений смеси Р имеет вид: (1 (та)уш1

. = -а0' - В№) (ур» - у<к)) + V ■ Б«» - с^"'ур'^,

Б к 8

где Вак) - коэффициент трения между j-кoмпoнeнтoй и к-компонентой.

Скорость изменения импульса, передаваемого при фазовом переходе в единице объема, и скорость на границе фаз, соответственно, имеют вид:

[у,м, Л0"' > О,

р(Д =

-^(ур'-у'4'), У<ч"> =

О,

Уравнение для внутренней энергии ^-компоненты имеет вид:

^(т0)и0>) = -в<вРшУ-<|ч«<18к -^(^'(Т'-0 -Т<к))н

- У]Г/?°к>Вт (ур» - у«)2 + V • - ^"'и0'^,

оТ '

где и('' - внутренняя энергия единицы массы ^компоненты, qpl = -а<',/с,') —

с\„

поток тепла, обусловленный теплопроводностью, к{,) - коэффициент теплопроводности ^компоненты, <Зак) - коэффициент теплообмена, /?ик) - доля тепла, передаваемая ^компоненте при трении с к-компонентой [5].

Скорость изменения энергии, передаваемой при фазовом переходе в единице объема, имеет вид:

-£о.5;(Л)(у|Л)-ур>)\ к

\¥<» = (и(у) - и(,)) + (у^1 - ур' )\ ] * у, ¡,

о, ] = •■

При записи уравнения для изменения объема _)-компоненты в гетерогенной среде с фазовыми переходами следует учитывать изменение объема компоненты

за счет а) деформации смеси 6) изменения массы т!)> в объеме V; в)

релаксации компонент среды к равновесному состоянию.

Уравнение для объема .¡-компоненты без учета релаксации имеет вид:

V0» ~ V + т0) '

Учет релаксации заключается в приближенном решении уравнений механики сплошной среды для отдельной сферической капли в газовой фазе и нахождении приращений термодинамических параметров компонент в процессе выравнивания их давлений.

Для описания процессов конденсации и испарения применяются теории [10, 11]. Механизмом коагуляции капель в плазменном факеле является тепловое (броуновское) движение капель в паре.

Используя уравнения состояния [9], для вещества, составляющего плазменный факел, были найдены бинодаль, спинодаль, область метастабильных состояний, в которой происходит образование новой фазы.

Модель гетерогенной среды обеспечивает строгое выполнение законов сохранения массы, импульса и энергии. Система уравнений модели решена в одномерном приближении для декартовой геометрии методом, описанным в [12]. Тестирование модели произведено путем решения задач об электрическом взрыве проводников [13], определении скорости звука в суспензии, разлете гетерогенной смеси в пустоту.

В третьей главе описаны численные эксперименты по генерации ультрадисперсных частиц в плазменном факеле, образованном при воздействии на металл мощным электронным пучком.

Предложена постановка численного эксперимента в одномерной декартовой геометрии с учетом наклонного падения электронного пучка на мишень и охлаждения плазменного факела.

Процесс генерации ультрадисперсных частиц можно условно разделить на два этапа: первый - нагрев и испарение металлической мишени, второй -охлаждение и конденсация паров металла в капли.

Расчет нагрева и испарения мишени при воздействии мощного электронного пучка проводился с помощью пакета программ ВЕТАШ [7], который реализует решение системы уравнений механики сплошной среды в рамках упругопластической модели совместно с широкодиапазонными уравнениями состоянии и уравнением переноса для быстрых заряженных частиц в одномерной декартовой геометрии.

В зависимости от вложенной в мишень энергии возможны два режима воздействия электронного пучка на мишень: частичное или полное испарение капель расплава. Регулировать удельную энергию, поглощаемую в мишени можно, изменяя энергию частиц, плотность тока, длительность импульса пучка, а также угол падения пучка на мишень. Принципиальное различие между указанными режимами воздействия электронного пучка на мишень заключается в различии дальнейшей кинетики процессов конденсации паров.

Условия для частичного испарения из твердой фазы реализуются, например, в экспериментах [3]. Был проведен численный эксперимент с параметрами электронного пучка, близкими к тем, что использовались в работе [3]: энергия электронов Ть=1.4 МэВ, плотность тока пучка на выходе из ускорителя _]'ь = 6 А/см2. Плотность мощности на мишени составляет XV, = 8.4 МВт/см2. В данном численном эксперименте использовалась медная (Си) мишень, имеющая до облучения температуру 300 К, и полагалось, что материал мишени имеет поликристаллическую структуру с одинаковым диаметром всех кристаллитов равным 1 мкм.

На рис.1 представлено стационарное распределение доли ультрадисперсных частиц меди по размерам (К - доля). Частицы имеют размер 350—450 нм, что соответствует диапазону размеров частиц, полученных в экспериментах [3]. Основным механизмом, определяющим формирование спектра размеров частиц в данном режиме, является конденсация пара на каплях, являющихся остатками кристаллитов.

Условия для полного испарения реализуются, например, при облучении медной мишени электронами с энергией Ть = 40 кэВ, плотностью тока на

мишени = 140 А/ем2, длительностью импульса ть= 100 мкс, диаметре пучка на мишени == 1 мм и угле падения пучка на мишень 0 = 45°. Данные параметры облучения близки условиям экспериментов [2], в которых испарялись оксиды металлов. Поскольку для испарения меди требуется большая мощность облучения, чем для оксида гадолиния [2], выбранная здесь плотность тока несколько превышала значение из [2].

Об N 04

о: о

520 360 400 440 4в0

Б, от

Рис. 1. Распределение доли частиц меди (Си) по размерам в режиме частичного испарения из твердой фазы.

При движении плазменного факела в охладителе вещество находится в метастабильном состоянии и в парах металла образуются ядра конденсации. Результаты численного эксперимента свидетельствуют о том, что в пересыщенном паре образуются ядра конденсации размером менее 1 нм. При конденсации пара на ядрах формируются частицы размером КЮ нм.

Поскольку при гомогенной конденсации в плазменном факеле присутствует большое количество частиц с размерами несколько нанометров, то существенна коагуляция капель. В результате коагуляции образуются частицы размером до 200 нм. Данный размер частиц характерен для

р Си

ЪПгЛ-1 .1-71.,

экспериментов [2]. Удельная поверхность частиц составляет ~ 40 м2/г (без коагуляции до 200 м2/г).

Важным фактором, влияющим на формирование спектра наночастиц в плазменном факеле, является скорость охлаждения. В общем случае при генерации наночастиц в плазменном факеле можно выделить два режима охлаждения: медленный и быстрый. На рис.2 приведены распределения доли наночастиц меди по размерам при различных режимах охлаждения. Исходя из результатов численных исследований будем считать «медленным охлаждением» режим (рис. 2а), при котором скорость охлаждения плазмы не превышает 108 К/с. В режиме медленного охлаждения (рис. 2а) скорость охлаждения составила 2.2-107 К/с. Такой режим охлаждения в наших расчетах был достигнут заданием температуры стенки г0 охладителя 300 К, которая находилась на расстоянии 0.5 м от мишени. В режиме быстрого охлаждения (рис. 26) скорость охлаждения составила более 1.1-108 К/с. Такой режим охлаждения был достигнут заданием температуры стенки г0 охладителя 300 К, которая находилась на расстоянии 0.1 м от мишени.

0.12 0.08

N 0.04

0.1 1 10 100 1000 о 5 10 15 20 25 30 3 5 40

Э, ПШ О.пт

Рис. 2. Распределение доли ультрадисперсных частиц меди (Си) по размерам, а) Режим медленного охлаждения, б) Режим быстрого охлаждения.

В работе [4] имел место режим испарения вещества из расплава. Следуя параметрам электронного пучка из работы [4], проведено численное моделирование генерации ультрадисперсных частиц при испарении мощным электронным пучком материала, находящегося в жидкой фазе. Параметры электронного пучка: энергия электронов Ть=1.4МэВ, ток пучка 1ь = 70мА, плотность мощности на мишени W, = 4.9 МВт/см2, диаметр пучка на мишени dt = 1.6 мм, угол падения пучка на мишень 0=10°, плотность тока пучка, вышедшего из ускорителя jb = 3.5 А/см2.

В экспериментах [4] медь (Си) была предварительно расплавлена электронным пучком меньшей мощности. В численных расчетах медь перед облучением находилась в состоянии расплава при нескольких различных температурах и соответствующих им плотностях на бинодали. Проводились численные эксперименты при следующих начальных условиях: а)Т= 1500 К, р/р0 =0.92; б) Т = 2000 К, р/р0 = 0.90; в) Т = 2500 К, р / р0 = 0.87, где р0-плотность твердотельной мишени.

0.5

Си

0.4

0.3 -г

0.2-i

0.1

0 200 400 600 800 1000 D, am

Рис. 3. Распределение доли частиц меди (Си) по размерам в режиме испарения из жидкой фазы.

При указанных параметрах электронного пучка плотность поглощенной единицей массы энергии не обеспечивает полного испарения вещества. Имеет место жидко-капельный механизм испарения. Размеры капель, которые испаряются при облучении расплава, неизвестны. Однако, минимальные размеры частиц, определенные в [4], составляют величину ~ 40 им. Поэтому в приведенных ниже расчетах начальный радиус капли 11<Г) при облучении расплава полагается равным 5-20 нм. Поскольку основным механизмом формирования частиц в данном случае является коагуляция, то выбор начальных размеров капель не оказывает существенного влияния на конечный результат.

На рис. 3 представлено распределение доли ультрадисперсных частиц меди по размерам (И - доля). Частицы имеют диаметр до 770 нм, причем 95 % частиц имеют диаметр менее 500 нм, что соответствует диапазону размеров частиц, полученных в экспериментах [4]. Основным процессом, определяющим формирование спектра размеров ультрадисперсных частиц в режиме испарения из жидкой фазы, является коагуляция частиц.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1) Для описания течений и моделирования генерации ультрадисперсных частиц в плазменном факеле предложена и реализована модель гетерогенных сред, которая описывает динамику системы, состоящей из пара, инертного газа и частиц различных размеров и термодинамических состояний. В модели учтены процессы теплопроводности, теплообмена и трения между компонентами, релаксации компонент к равновесному состоянию, конденсации, испарения, и коагуляции частиц вследствие их столкновений. Модель обеспечивает строгое выполнение законов сохранения массы, импульса и энергии с точностью более 99 %.

2) Проведенные численные эксперименты позволили исследовать механизмы и закономерности образования ультрадисперсных частиц в плазменном факеле металла, облучаемого мощным электронным пучком.

3) В режиме частичного испарения из твердой фазы размер частиц определяется размером кристаллитов в твердой фазе и плотностью вложенной в мишень энергии, и основным механизмом формирования частиц является конденсация пара на каплях, являющихся остатками кристаллитов.

4) В режиме полного испарения основным механизмом образования ультрадисперсных частиц диаметром 1-40 нм является гомогенная конденсация. Ультрадисперсные частицы диаметром КН-200 нм образуются в результате коагуляции более мелких частиц.

5) Охладитель плазменного факела играет существенную роль при формировании спектра ультрадисперсных частиц в режиме полного испарения. При скорости охлаждения более 108К/с ультрадисперсные частицы имеют размеры 1~=-30 нм и формируются преимущественно путем конденсационного роста. При скорости охлаждения менее 108 К/с частицы имеют размеры 1-К200 нм и формируются преимущественно путем коагуляции.

6) В режиме испарения из жидкой фазы формируются частицы размером от 10 нм до субмикронных размеров, и основными механизмами, отвечающим за формирование спектра размеров частиц, являются коагуляция мелких частиц и конденсационный рост крупных частиц.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА

В рецензируемых журналах, рекомендуемых ВАК:

1. Фенько, Е.Л. Моделирование генерации ультрадисперсных частиц при облучении металлической мишени мощным электронным пучком / Н.Б. Волков, Е.Л. Фенько, А.П. Яловец // Известия вузов. Физика. 2009. № 8/2. С. 489-492.

2. Фенько, Е.Л. Механизмы генерации наноразмерных металлических частиц при электрическом взрыве проводников / Н.Б. Волков, А.Е. Майер, В.С. Седой, Е.Л. Фенько, А.П. Яловец // ЖТФ. 2010. Т. 80. В. 4. С. 77-80.

3. Фенько, Е.Л. Моделирование генерации металлических нанопорошков при электронно-лучевом нагреве. / Н.Б. Волков, Е.Л. Фенько, А.П. Яловец // Вестник Челяб. гос. ун-та. 2009. № 25 (163). Физика. Вып. 6. С. 34-42.

В сборниках трудов конференций:

4. Fenko, E.L. Modeling of Formation of Disperse Particles in the Plasma Torch of the Metal Irradiated with the Powerful Beams of Charged Particles / E.L. Fenko, N.B. Volkov and A.P. Yalovets // 9-th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows: Proceedings, Tomsk: Publishing house of the IAO SB RAS. 2008. P. 701-704.

5. Fen'ko, E.L. Physical Mechanisms of Metal Nanoparticle Generation at Electric Explosion / N.B. Volkov, E.L. Fen'ko, A.E. Mayer, V.S. Sedoi, and A.P. Yalovets // 15-th International Symposium on High Current Electronics: Proceedings, Tomsk: Publishing house of the IAO SB RAS. 2008. P. 221-224.

6. Фенысо, E.JI. Моделирование образования нанодисперсных частиц в плазменном факеле, возникающем при облучении металлической мишени мощным электронным пучком. / Н.Б. Волков, E.JI. Фенько, А.П. Ядовец // Труды XVI Зимней школы по механике сплошных сред (механика сплошных сред как основа современных технологий) (Электронный ресурс). Пермь: ИМСС УрО РАН. 2009. Электрон, оптич. диск. (CD).

В тезисах конференций:

7. Фенько, E.JI. Моделирование образования дисперсных частиц в плазменном факеле металла, облучаемого мощным потоком заряженных частиц / Н.Б. Волков, А.Е. Майер, E.JI. Фенько, А.П. Яловец // Забабахинские научные чтения: сборник материалов IX Международной конференции. Снежинск: РФЯЦ-ВНИИТФ. 2007. С. 265-266.

8. Фенько, Е.Л. Механизмы разрушения проводников и генерации наноразмеркых металлических частиц при электрическом взрыве / Н.Б. Волков, А.Е. Майер, B.C. Седой, Е. JI. Фенько, Н. А. Яворовский, А. П. Яловец // Забабахинские научные чтения: сборник материалов IX Международной конференции. Снежинск: РФЯЦ-ВНИИТФ. 2007. С. 132-133.

9. Фенько, E.JI. Динамика металлов при импульсном воздействии интенсивных потоков электромагнитной энергии / Н.Б. Волков, Е.А. Жукова, Н.Д. Кундикова, А.Я. Лейви, А.Е. Майер, B.C. Седой, К.А. Талала, Е.Л. Фенько, Н.А. Яворовский, А.П. Яловец // Научно-координационная сессия Совета РАН по физике низкотемпературной плазмы "NRP-2007". Москва. Институт

экстремальных состояний вещества ОИВТ РАН, Совет РАН по физике низкотемпературной плазмы. Тезисы докладов. 2007.

www.ihed.ras.ru/npp2007/abstracts/20_Volkov.pdf (электронное издание).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ramsay, J.D.F. Ultrafine oxide powders prepared by electron beam evaporation / J.D.F. Ramsay, R.G. Avery // J. of Material Science. - 1974. - Vol. 9. - P. 1681-1695.

2. Ильвес, В.Г. Использование импульсного электронного пучка для получения нанопорошков оксидов / В.Г. Ильвес, Ю.А. Котов, С.Ю. Соковнин, С.К. Rhee // Российские нанотехнологии. - 2007. - Т. 2. - № 9-10. - С. 96-101.

3. Бардаханов, С.П. Применение мощных ускорителей электронов типа ЭЛВ для получения нанопорошков / С.П. Бардаханов, А.И. Корчагин, Н.К. Куксанов, А.В. Лаврухин, Р.А. Салимов, С.Н. Фадеев, В.В. Черепков, М.Е. Вейс // Problems of atomic science and technology. - 2008. - № 5. - Series: Nuclear Physics Investigations (50). - C. 165-168.

4. Temuujin, J. Preparation of copper and silicon/copper powders by a gas evaporation-condensation method / J. Temuujin, S.P. Bardakhanov, A.V. Nomoev, V.I. Zaikovskii, A. Minjigmaa, G. Dugersuren and A. Van Riessen // Bull. Mater. Sci. -2009. - V. 32. - № 5. - P. 543-547.

5. Нигматулин, Р.И, Динамика многофазных сред / Р.И. Нигматулин. М.: Наука, - 1987.-464 с.

6. Куропатенко, В.Ф. Модель гетерогенной среды / В.Ф. Куропатенко // Доклады академии наук. - 2005. - Т. 403. - № 6. - С. 761-763.

7. Яловец, А.П. Пакет программ BETAIN (BEAM TARGET INTERACTION) / А.П. Яловец, А.Е. Майер // Proc. of 6-th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. - Tomsk. - 23-28 September 2002. -P. 297-299.

8. Архипов, А.В. Взаимодействие плотного длинноимпульсного электронного потока с факелом продуктов разрушения твердотельной мишени. / А.В. Архипов, Г.Г. Соминский IIЖТФ. - 2001. - Т. 71. - В. 9. - С. 38^4.

9. Колгатин, С.Н. Интерполяционные уравнения состояния металлов / С.Н. Колгатин, А.В. Хачатурьянц // Теплофизика высоких температур. - 1983. - Т. 20. -№3.-С. 447-452.

10. Горбунов, В.Н. Неравновесная конденсация в высокоскоростных потоках газа / В.Н. Горбунов, У.Г. Пирумов, Ю.А. Рыжов. М.: Машиностроение. -1984.-200 с.

11. Френкель, Я.И. Кинетическая теория жидкостей // Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика». - 2004. - 592 с.

12. Яловец, А.П. Расчёт течений среды при воздействии интенсивных потоков заряженных частиц // ПМТФ. - 1997. - Т. 38. - № 1. - С. 151-166.

13. Волков, Н.Б. Механизмы генерации наноразмерных металлических частиц при электрическом взрыве проводников / Н.Б. Волков, А.Е. Майер, B.C. Седой, ЕЛ. Фенько, А.П. Яловец // ЖТФ. - 2010. - Т. 80. - В. 4. - С. 77-80.

Подписано в печать 08.06.2010. Формат 60>-'В4/16. Бумага офсетная. Печать на ризографе. Усл. печ. л. 1,1. Уч-изд. л. 1,2. Тираж 10 экз. Заказ № 1478.

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии «Два комсомольца» 454084 Челябинск, Комсомольский пр., 2, оф 203. Тел.: (351) 729-9-729

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Фенько, Евгений Леонидович

Оглавление.

Введение.

Обозначения.

1. Обзор литературы.

1.1. Импульсные методы генерации ультрадисперсных частиц.

1.1.1. Метод электрического взрыва проводников.

1.1.2. Метод лазерного нагрева.

1.1.3. Метод электронно-лучевого нагрева.

1.2. Эволюция вещества мишени, облучаемой электронным пучком.

1.2.1. Нагрев мишени мощным электронным пучком.

1.2.2. Разрушение мишени на кристаллиты.

1.3. Конденсация и испарение в плазменном факеле.

1.3.1. Диаграммы и уравнения состояния вещества.

1.3.2. Нуклеация ядер конденсации.

1.3.3. Конденсационный рост капель.

1.3.4. Коагуляция капель.

1.4. Методы описания многокомпонентных гетерогенных сред.

1.4.1. Модели многокомпонентных гетерогенных сред.

1.4.2. Применение моделей многокомпонентных гетерогенных сред.

1.5. Выводы к главе 1.

2. Моделирование течений гетерогенных сред с конденсацией и испарением.

2.1. Модель гетерогенной среды с конденсацией и испарением.

2.1.1. Основные положения модели.

2.1.2. Система уравнений механики гетерогенной среды.

2.1.3. Релаксация компонент к равновесному состоянию.

2.1.4. Элементарные процессы взаимодействия в плазменном факеле.

2.1.5. Полная система уравнений модели гетерогенной среды.

2.1.6. Метод численного решения в 1D геометрии.

2.2. Тестирование модели гетерогенной среды.

2.2.1. Определение скорости звука в суспензии.

2.2.2. Разлет гетерогенной смеси в пустоту.

2.2.3. Генерация ультрадисперсных частиц при ЭВП.

2.3. Выводы к главе 2.i.

3. Генерация ультрадисперсных частиц электронно-лучевым методом.

3.1. Постановка численного эксперимента.

3.1.1. Наклонное падение электронного пучка на мишень.

3.1.2. Охладитель плазменного факела.

3.2. Закономерности формирования частиц при электронном облучении.

3.2.1. Режим частичного испарения из твердой фазы.

3.2.2. Режим полного испарения.

3.2.3. Влияние охладителя на эффективность генерации частиц.

3.2.4. Режим испарения из жидкой фазы.

3.3. Выводы к главе 3.

Введение диссертация по физике, на тему "Генерация ультрадисперсных частиц при облучении металлической мишени мощным электронным пучком"

В настоящее время быстрыми темпами идет разработка методов создания наноразмерных материалов [1], изучение их свойств и применение, как в научных исследованиях [2], так и в промышленности [3]. Наибольший интерес представляют материалы, имеющие структурные элементы с характерными размерами в диапазоне 1+-100 нм. Интерес обусловлен тем, что переход к наноразмерному состоянию сопровождается появлением принципиально новых свойств материала [1,4], обусловленных наличием размерных эффектов [5,6].

Физико-химические свойства, строение и применение наноразмерных частиц во многом зависят от метода их получения [7]. В настоящее время наноразмерные материалы могут быть получены различными методами [7,8,9]: плазмохимический синтез, осаждение из коллоидных растворов, термическое разложение и восстановление, механосинтез, детонационный синтез, электрический взрыв проводников (ЭВП) [9-21], лазерный нагрев [22-28], электронно-лучевой нагрев [29-41]. Каждый из перечисленных методов имеет свои преимущества, недостатки и область применения. Появление и развитие различных методов обусловлено необходимостью создания такого метода, который должен решать поставленную задачу, а так же быть высокопроизводительным, экономичным и безопасным.

Методы импульсного нагрева материала — электрический взрыв проводников, лазерный нагрев, электронно-лучевой нагрев - позволяют получать частицы малых размеров, которые являются химически чистыми и могут быть слабо агломерированными.

Основные достоинства метода получения ультрадисперсных частиц путем электрического взрыва проводников [21]: высокий коэффициент полезного действия при преобразовании энергии электрического тока в нагрев проводника; высокая производительность метода; возможность гибкого регулирования параметров процесса и, соответственно, характеристик получаемых нанопорошков. К недостаткам метода относятся: возможность использования только проводящих материалов; проводник должен быть приготовлен в виде проволоки.

К достоинствам генерации ультрадисперсных частиц методом лазерного нагрева [26,27,37] относятся: возможность испарять любые материалы; возможность использовать в качестве сырья для мишеней дешевые крупные порошки; более узкое распределение частиц по размерам, чем у метода электрического взрыва проводников. К недостаткам метода относятся: низкий коэффициент полезного действия при нагреве мишени лазером; трудно обеспечить нужную стехиометрию при получении материалов сложных составов, так как испарение происходит из жидкой ванны; использование материалов только с низкой теплопроводностью.

Одним из относительно новых и перспективных методов получения ультрадисперсных частиц является электронно-лучевой нагрев материала с последующей конденсацией паров. Этот метод стал возможен благодаря появлению мощных электронных ускорителей, позволяющих поставлять на материал энергию до десятков МВт/см2. Достоинствами электронно-лучевого метода являются: возможность испарять любые материалы; химическая чистота; более высокий, чем у лазера, коэффициент полезного действия при преобразовании энергии в нагрев мишени. К недостаткам метода относится необходимость радиационной защиты [37].

Анализ результатов экспериментов [29-41] позволяет отметить общие для различных материалов закономерности: а) существуют частицы с размерами в несколько единиц нанометров; б) существуют агломераты, размеры которых достигают нескольких сотен нанометров; в) в экспериментах [34,36], где наблюдается частичное испарение кристаллитов, частицы достигают субмикронных размеров.

Теоретические исследования и описание данных закономерностей актуальны как с точки зрения фундаментальных вопросов физики высоких плотностей энергии, так и с точки зрения разработки и оптимизации радиационных методов генерации ультрадисперсных частиц.

В настоящее время при описании механики гетерогенных сред большое внимание уделяется развитию моделей многоскоростных взаимодействующих континуумов [42,43,44,45]. Практическая реализация упомянутых выше моделей встречает трудности, обусловленные отсутствием необходимой информации для получения замкнутой системы уравнений. Поэтому теоретические исследования в области моделей гетерогенных сред с учетом процессов конденсации и испарения остаются актуальными.

Методика исследования. Нами была разработана модель гетерогенной среды с учетом процессов теплопроводности, теплообмена и трения между компонентами, релаксации компонент к равновесному состоянию, конденсации, испарения и коагуляции капель вследствие их столкновений. Разработанная модель и реализующая ее программа были использованы для проведения численных исследований по генерации ультрадисперсных частиц в плазменном факеле металла. Расчет взаимодействия электронного пучка с материалом мишени осуществлен с помощью пакета программ BETAIN [7].

Научная новизна и значимость.

Основные положения, выносимые на защиту:

3) В режиме полного испарения основным механизмом образования ультрадисперсных частиц диаметром 1-КО нм является гомогенная конденсация. Ультрадисперсные частицы диаметром 10-^-200 нм образуются в результате коагуляции более мелких частиц.

4) Охладитель плазменного факела играет существенную роль при формировании спектра ультрадисперсных частиц в режиме полного испарения. При скорости охлаждения более 108К/с ультрадисперсные частицы имеют размеры 1-К30 нм и формируются преимущественно путем конденсационного роста. При скорости охлаждения менее 108К/с частицы имеют размеры 1+200 нм и формируются преимущественно путем коагуляции.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на международной конференции «IX-е Забабахинские Научные Чтения» (Снежинск, 2007); на научно-координационной сессии "Исследования неидеальной плазмы" (Москва, 2007); на международной конференции «9th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows» (Томск, 2008); на международном симпозиуме «15th International Symposium on High-Current Electronics» (Томск, 2008); на XVI-й Зимней школе по механике сплошных сред (Пермь, 2009); на «11-й Конференции молодых ученых» (Екатеринбург, 2009); на международной конференции «14th International Conference of Radiation Physics and Chemistry of Inorganic Materials» (Астана, 2009).

Заключение диссертации по теме "Электрофизика, электрофизические установки"

3.3. Выводы к главе 3

1. Предложена в одномерной декартовой геометрии реализация численного эксперимента по генерации ультрадисперсных частиц электронно-лучевым методом с учетом наклонного падения электронного пучка на мишень и охлаждения плазменного факела.

2. Проведенные численные эксперименты позволили исследовать, механизмы и закономерности формирования ультрадисперсных частиц в плазменном факеле, образованном при облучении металлической мишени: мощным электронным пучком.

3. Установлено, что охладитель плазменного факела играет существеннук> роль при гомогенной конденсации.

4. Для режима испарения вещества из жидкой фазы путем облучений; расплава электронным пучком было проведено сравнение численны>^ результатов с экспериментом. Данное сравнение позволяет сделать вывод правильности представленной здесь модели.

Заключение

Мощные электронные пучки позволяют транспортировать с высоким коэффициентом полезного действия на материал плотность мощности до нескольких МВт/см и могут быть использованы для испарения мишеней с целью генерации ультрадисперсных частиц.

Электронно-лучевой метод позволяет получать ультрадисперсные частицы в широком диапазоне размеров: от единиц нанометров до субмикронных размеров и агломераты их них размером в десятки микрометров.

Анализ экспериментальных данных позволяет утверждать, что нагрев металлической мишени мощным электронным пучком приводит к ее разрушению на кристаллиты на начальном этапе нагрева. Дальнейшее облучение мишени - это облучение фрагментов мишени, приводящее к их частичному или полному испарению.

В зависимости от вложенной в мишень энергии возможны два режима воздействия электронного пучка на мишень: частичное или полное испарение кристаллитов. Реализация того или иного режима определяется поглощенной единицей массы мишени энергией (удельная поглощенная энергия) и длительностью облучения.

Принципиальное различие между указанными режимами воздействия электронного пучка на мишень заключается в различии дальнейшей кинетики процессов конденсации. В общем случае образующийся при облучении мишени плазменный факел представляет собой гетерогенную среду, состоящую из паров и капель различных размеров и термодинамических состояний.

Для описания динамических процессов в гетерогенных средах и численного моделирования генерации ультрадисперсных частиц в плазменном факеле предложена и реализована модель гетерогенных сред, которая описывает динамику системы, состоящей из пара, инертного газа и частиц различных размеров и термодинамических состояний. В модели учтены процессы теплопроводности, теплообмена и трения между компонентами, релаксации компонент среды к равновесному состоянию, конденсации, испарения, и коагуляции частиц вследствие их столкновений.

Проведено тестирование модели на задачах, включающих механику гетерогенной среды без фазовых переходов - определение скорости звука в суспензии, разлет гетерогенной смеси в пустоту, и задачах, включающих механику гетерогенной среды с фазовыми переходами - генерация ультрадисперсных частиц при электрическом взрыве проводников.

Проведенные численные эксперименты позволили исследовать механизмы и закономерности формирования ультрадисперсных частиц в плазменном факеле металла, облучаемого мощным электронным пучком.

В режиме частичного испарения из твердой фазы размер частиц определяется начальным размером кристаллитов в твердой фазе и плотностью вложенной в мишень энергии. Основной механизм формирования частиц -конденсация пара на каплях, являющихся остатками кристаллитов.

В режиме полного испарения основным механизмом образования ультрадисперсных частиц диаметром 1-40 нм является гомогенная конденсация. Ультрадисперсные частицы диаметром 10-К200 нм образуются в результате коагуляции более мелких частиц.

Охладитель плазменного факела играет существенную роль при формировании спектра ультрадисперсных частиц в режиме полного испарения.

При быстром охлаждении (скорость охлаждения более 108К/с) компоненты плазменного факела интенсивно отдают энергию, поэтому роль коагуляции уменьшается и основным механизмом является конденсационный рост капель. В режиме полного испарения и быстрого охлаждения паров формируются ультрадисперсные частицы размером 1-КЗО нм.

I 8

При медленном охлаждении (скорость охлаждения не превышает 10 К/с) компоненты плазменного факела имеют относительно высокую температуру, поэтому высока роль коагуляции частиц. В режиме полного испарения и медленного охлаждения паров формируются частицы размером до 200 нм, причем наибольшая доля приходится на частицы размером до 100 нм.

В режиме испарения из жидкой фазы формируются частицы размером от 10 нм до субмикронных размеров. Основными механизмами, отвечающим за формирование спектра размеров частиц, являются в данном случае коагуляция и конденсационный рост.

Полученные численные результаты хорошо согласуются с экспериментальными.

Практическая ценность результатов работы заключается в возможности использования разработанной модели и программы для определения параметров электронного облучения и охлаждения для генерации ультрадисперсных частиц в заданном диапазоне размеров.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (госконтракт №02.513.11.3127), ИНТАС (проект №061000013-8949), РФФИ (проект №06-08-00355а), РФФИ-Урал (проект №07-08I

96032), Президиума УрО РАН в рамках целевой программы поддержки интеграционных проектов, выполняемых в содружестве с учеными СО и ДВО РАН, а также - в рамках программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Теплофизика и механика экстремальных энергетических воздействий и физика сильно сжатого вещества».

Хочу поблагодарить своего научного руководителя Александра Павловича Яловца за неоценимую помощь при работе над диссертацией, Николая Борисовича Волкова за плодотворные обсуждения решаемых задач, Александра Евгеньевича Майера за расчеты по электрическому взрыву проводников, Виктора Владимировича Погорелко за расчеты скорости звука в суспензии.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Фенько, Евгений Леонидович, Екатеринбург

1.. Балоян Б.М., Кол маков А.Г., Алымов М.И., Кротов A.M.

2. Наноматериалы. Классификация, особенности свойств, применение и технологии получения: Учеб. пособие. // М.: АгроПрессДизайн. 2007. -102 с.

3. Суздалев И.П. Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наностурктур и наноматериалов. // М.: КомКнига. 2006. - 592 с.

4. Дж. Уайтсайдс, Д. Эйглер, Р. Андерс и др. Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления исследований. // Под ред. М.К. Роко, Р.С. Уильямса и П. Аливисатоса. Пер. с англ. М.: Мир. -2002. - 292 е., ил.

5. Бойко В.И., Валя ев А.Н., Погребняк А.Д. Модификация металлических материалов импульсными мощными пучками частиц. // УФН. 1999. — Т. 169.-№ 11.-С. 1243-1272.

6. Гусев А.И. Эффекты нанокристаллического состояния в компактных металлах и соединениях. // УФН. 1998. - Т. 168. - № 1. - С. 55-83.

7. Гусев А.И., Ремпель А.А. Нанокристаллические материалы. // М. :ФИЗМАТЛИТ. 2001. - 224 с.

8. А. Данилов. Производство и применение нанопорошков. // Российский электронный наножурнал. Электронное издание: www.nanojournal.ru/science.aspx?catid=:718&dno=1338. Дата обращения: 16 марта 2009 г.

9. Ю. А. Котов, В. В. Иванов. Порошковые нанотехнологии для создания функциональных материалов и устройств электрохимической энергетики. Вестник РАН. 2008. - Т. 78. - № 9. - С. 777-791.

10. Лебедев С.В. Взрыв металла под действием электрического тока. // ЖЭТФ. 1957. - Т. 32. - В. 2. - С. 199.

11. С.В. Лебедев, А.И. Савватимский. Металлы в процессе быстрого нагревания электрическим током большой мощности. // УФЫ. 1984, Т. 144.-В. 2.-С. 215-250.

12. Рухадзе А.А., Шпигель И.С. Электрический взрыв проводников. // М • «Мир». 1965.-360 с.

13. Котов Ю.А., Яворовский Н.А. Исследование частиц, образующихся при электрическом взрыве проводников. // Ж. Физика и химия обработки материалов. 1978. - № 4. - С. 24-29.

14. Гаврилов В.Н. Динамика разлета продуктов электрического взрыва проводников. // Дисс. на соиск. уч. степ. канд. ф.-м. наук. Екатеринбург - ИЭФ УрО РАН. - 1993. - 130 с.

15. Мартыннж М.М. Фазовые переходы при импульсном нагреве. // М • Изд-во РУДН. 1999. - 332 с.

16. Ткаченко С.И. Эволюция состояний металла при нагреве тонких проволочек мощным импульсом тока. // Дисс. на соиск. уч. степ. д. ф.-м наук. Москва. - 2004. - 200 с.

17. Sedoi V.S. and Ivanov Y.F. Particles and crystallites under electrical explosion of wires. //Nanotechnology. 2008. V. 19. - A. no. 145710.

18. М.И. Лернер, B.B. Шаманский. Формирование наночастиц при воздействии на металлический проводник импульса тока большой мощности. // Журнал структурной химии. 2004. - Т. 45. - С. 112-115.

19. Лернер М.И. Электровзрывные нанопорошки неорганических материалов: технология производства, характеристики, области применения. // Автореф. дисс. на соиск. уч. степ, доктора технич. наук. — Томск. 2007. - 42 с.

20. Назаренко О.Б. Процессы получения нанодисперсных тугоплавких неметаллических соединений и металлов методов электрического взрывапроводников. // Автореф. дисс. на соиск. уч. степ, доктора ф.-м. наук, Томск. НИИ ВН ТПУ. - 2006. - 39 с.

21. Котов Ю.А., Багазеев А.В., Медведев А.И., Мурзакаев A.M., Демина Т.М., Штольц А.К. Характеристики нанопорошков оксида алюминия, полученных методом электрического взрыва проволоки. // Российские нанотехнологии. 2007. - Т. 2. - № 7-8. - С. 109-115.

22. Анисимов С.И., Лукьянчук Б.С. Избранные задачи теории лазерной абляции. // УФН. 2002. - Т. 172. - № 3. - С. 301-333.

23. Ф. Бозон-Вендюра, Р. Брайнер, В.В. Воронов, Н.А. Кириченко, А.В. Симакин, Г.А. Шафеев. Образование наночастиц при лазерной абляции металлов в жидкостях. // «Квантовая электроника». 2003. - 33(8). -С. 714-720.

24. А.В. Симакин, В.В. Воронов, Г.А. Шафеев. Образование наночастиц при лазерной абляции твердых тел в жидкостях. // Труды института общей физики им A.M. Прохорова. 2004. - Т. 60. — С. 83-107.

25. Котов Ю.А., Осипов В.В., Саматов О.М., Иванов М.Г. и др.

26. Характеристики нанопорошков, получаемых при испарении Ce02/Gd203 мишеней излучением импульсно-периодического С02 лазера. // ЖТФ. — 2004. Т. 74. - В. 3. - С. 72-77.

27. Платонов В.В. Исследование процессов получения нанодисперсных частиц при помощи излучения импульсно-периодического С02 лазера. // Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. к. ф.-м. наук. — Екатеринбург. 2008. -23 с.

28. М.Иванов, Ю.Котов, В.Комаров, О.Саматов, А.Сухов. Синтез нанопорошков мощным излучением волоконно-иттербиевого лазера. // Фотоника. 2009. - № 3. - С. 18-20.

29. Ramsay J.D.F., Avery R.G. Ultrafine oxide powders prepared by electron beam evaporation. // J. of Material Science. 1974. - V. 9. - P. 1681-1695.

30. Gunther В., Kummpmann A. Ultrafine oxide powders prepared by inert gas evaporation. // J. Nanostructured Materials. 1992. - V. 1. - P. 27-30.

31. Estman J.A., Tompson L.J., Marshall D.J. Synthesis of nanophase material by electron beam evaporation. // J. Nanostructured Materials. 1993. - V. 2. -P. 377-382.

32. Корчагин А.И. Электронно-лучевая технология получения нанодисперсных порошков диоксида кремния при атмосферном давлении. // Автореф. дисс. на соиск. уч. степ, к.т.н. — Томск. 2003. — 17 с.

33. С.П. Бардаханов, В.И. Лысенко, A.H. Малов, H.A. Маслов, А.В. Номоев. Структура и свойства керамики на основе нанодисперсных порошков оксида гадолиния и оксида иттрия. // Физическая мезомеханика. 2008. - Т. 11 - № 5. - С.111-114.

34. Ильвес В.Г., Котов Ю.А., Соковнин С.Ю., Rhee C.K. Использование импульсного электронного пучка для получения нанопорошков оксидов. // Российские нанотехнологии. 2007. - Т. 2. - № 9-10. - С. 96-101.

35. Ильвес В.Г., Каменецких A.C., Котов Ю.А., Медведев А.И., Соковнин С.Ю. Получение нанопорошков оксидов металлов испарением импульсным потоком электронов. // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2009. - № 3.

36. Нигматулин Р.И. Основы механики гетерогенных сред. // М.: Наука. -1978.-336 с.

37. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. // М.: Наука. 1987. -464 с.I161

38. Куропатенко В.Ф. Модель гетерогенной среды. // Доклады академии наук. 2005. - Т. 403. - № 6. - С. 761-763.

39. Ял овец А.П., Майер А.Е. Пакет программ BETAIN (BEAM TARGET INTERACTION) // Proc. of 6-th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. Tomsk. - 23-28 September 2002. - P. 297-299.

40. Мухин K.H. Экспериментальная ядерная физика. Книга 1. Физика атомного ядра. // М.: Энергоатомиздат. 1993. - 376 С.

41. Черняев А. П. Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом. // М.: ФИЗМАТЛИТ. 2004. - 152 с.

42. Каганов М.И., Лифшиц И.М., Танатаров Л.В. Релаксация между электронами и решеткой. // ЖЭТФ. 1956. - Т. 31. - С. 232.

43. Н.Б. Волков, Н.Д. Кундикова, А.Я. Лейви, А.Е. Майер, А.П. Яловец. О воздействии мощных ультракоротких электронных пучков на металлические мишени. // ПЖТФ. 2007. - Т. 33. - В. 2. - С. 43-52.

44. Колгатин С.Н., Хачатурьянц А.В. Интерполяционные уравнения состояния металлов. // М.: Теплофизика высоких температур. 1983. -Т. 20. - № 3. - С. 447-452.

45. Вальчук В.В., Халиков С.В., Яловец А.П. Моделирование воздействия интенсивных потоков заряженных частиц на слоистые мишени. // Мат. Моделирование. 1992. - Т. 4. - № 10. - С. 111-123.

46. П.А. Ребиндер, Е.Д. Щукин. Поверхностные явления в твердых телах в процессах их деформации и разрушения. // УФН. 1972. - Т. 108. - В. 1. -С. 3-42.

47. Чувильдеев В.Н. Неравновесные границы зерен в металлах. Теория и приложения. // М.: ФИЗМАТЛИТ. 2004. - 304 с.

48. Бокштейн Б.С., Копецкий Ч.П., Швиндлерман Л.С. Термодинамика и кинетика границ зерен в металлах. // М.: Металлургия. — 1986. — 226 с.

49. Д. Мак Лин. Границы зерен в металлах. // Москва. 1960. - 323 с.

50. Н.А. Конева. Физика прочности металлов и сплавов. // Соросовский образовательный журнал. — 1997. № 7. — С. 95—102.

51. Канель Г.И., Фортов В.Е., Разоренов С.В. Ударные волны в физике конденсированного состояния. // УФН. 2007. ~ Т. 177. - № 8. - С. 809830.

52. Архипов А.В., Соминский Г.Г. Взаимодействие плотного длинноимпульсного электронного потока с факелом продуктов разрушения твердотельной мишени. // ЖТФ. 2001. — Т. 71. - В. 9. -С. 38-44.

53. Скрипов В.П. Метастабильная жидкость. // М.: «Наука». 1972. - 312 с.

54. В.Г. Бойко, Х.Й. Могель, В.М. Сысоев. А.В. Чалый. Особенности метастабильных состояний при фазовых переходах жидкость-пар. // УФН.-1991.-Т. 161.-№2.-С. 78-111.

55. В.В. Бражкин. Метастабильные фазы, фазовые превращения и фазовые диаграммы в физике и химии. // УФН. 2006. - Т. 176. - № 7. - С. 745750.

56. Волков В.А. Коллоидная химия. Поверхностные явления и дисперсные системы. // М.:МГТУ. Международная программа образования. 20002001.

57. Альтшулер Л.В., Бушман А.В., Фортов В.Е., Шарипджанов И.И.

58. Полуэмпирическое уравнение состояния металлов в широкой области фазовой диаграммы. // Численные методы механики сплошной среды. — 1976.-Т. 7. — № 1.-С. 5.

59. Анисимов С. И., Галъбурт В. А., Иванов М. Ф. и др. К теории взаимодействия лазерного излучения с металлами. // ЖТФ. 1979. -Т. 49. — № 3. - С. 512.

60. Кормер С. В., Урлин В. Д., Попова JI. Т. Интерполяционное уравнение состояния металлов. // ЖЭТФ. 1962. - Т. 42. - № 3. - С. 686.

61. Гиббс Дж.В. Термодинамика. Статистическая механика. // М.: Наука. -1982.-584 с.

62. Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкостей. // Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика». 2004. - 592 с.

63. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика: Учебное пособие для вузов. В 10 т. Т. 5. Статистическая физика. Ч. I. 5-е издание, стереотип. // М.: ФИЗМАТЛИТ. 2002. - 584 с.

64. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика: Учебное пособие для вузов. В 10 т. Т. 10. Физическая кинетика. // М.: ФИЗМАТЛИТ. 2002. -528 с.

65. Райзер Ю.П. О конденсации в облаке испаренного вещества, расширяющегося в пустоту. // ЖЭТФ. 1959. — С. 1741—1750.

66. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. 2-е изд., доп. // М.: «Наука». 1966. - 688 с.

67. Базаров И.П. Термодинамика, Издание 4-е, дополненное и переработанное. // М.: Высшая школа. 1991. — 376 с.74. фукс Н.А. Испарение и рост капель в газообразной среде. // М.: Издательство Академии наук СССР. — 1958. — 93 с.

68. Фукс Н.А. Механика аэрозолей. // М.: Издательство Академии наук СССР. 1955.-353 с.

69. Фукс Н.А. Успехи механики аэрозолей. // М.: Издательство Академии наук СССР. 1961. - 160 с.

70. Кутателадзе С.С. Теплопередача при конденсации и кипении. // Машпиз.- 1952.-235 с.

71. Амелин А.Г. Теоретические основы образования тумана при конденсации пара, Издание 3-е, дополненное и переработанное. // 1VL: «Химия». 1972. - 304 с.

72. Смирнов Б.М. Кластерная плазма. // УФН. 2000. - Т. 170. - № 5. — С. 495-534.

73. Смирнов Б.М. Генерация кластерных пучков. // УФН. 2003. - Т. 173. — № 6. - С. 609-648.

74. Куни Ф.М., Гринин А.П. Кинетика гомогенной конденсации на этапе образования новой фазы // Колл. Журн. 1984. - Т. 46. - № 3. - С. 460— 465.

75. Куни Ф.М., Щекин А.К., Гринин А.П. Теория гетерогенной нуьслеации в условиях постепенного создания метастабильного состояния пара. // УФН. 2001. - Т. 171. - В. 4. - С. 345-385.

76. Горбунов В.Н., Пирумов У.Г., Рыжов Ю.А. Неравновесная конденсация в высокоскоростных потоках газа. // М.: Машиностроение. — 1984.-200 с.

77. Хирс Д., Паунд Г. Испарение и конденсация. // М.: Металлургия. 1966.- 196 с.

78. Гончаров А.В. Процессы роста кластеров в кластерной плазме. // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. — wmv.chemphys.edu.ru/pdf/2008-01-25-001.pdf (электронное издание). Дата обращения: 17 марта 2009 г.

79. И.А. Кузнецова, А.А. Юшканов, Ю.И. Ямалов. Влияние коэффициента испарения на сильную конденсацию одноатомного газа. // ЖТФ. — 1997. — Т. 67.-№ Ю.-С. 21-25.

80. А.В. Козырев, А.Г. Ситников. Испарение сферической капли в газе среднего давления. // УФН. -2001. Т. 171. -№ 7.-С. 765-774.

81. Знак Н.Е. Теория роста и испарения аэрозольных капель во внешней газовой среде. // Автореф. дисс. на соиск. уч. степ, к.ф.-м.н. — Москва. — 2008.-31 с.

82. Сумм Б.Д. Новые корреляции поверхностного натяжения с объемными свойствами жидкостей. // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. — Химия. 1999. -Т. 40. — № 6. - С. 400-405.

83. Сумм Б.Д. Эмпирические корреляции поверхностного натяжения жидких металлов со скоростью звука и постоянной планка. // Вестник Московского Университета. Сер. 2. Химия. — Т. 43. - № 1. - 2002. -С. 44-46.

84. Boltachev G.Sh., Baidakov V.G. Mechanical approach to the description of a liquid-vapor interface at low temperatures. // Elesevier: Chem. Phys. Lett. -2004.-394.-№4-6.-P. 329-333.

85. Ивлев JI.С., Довгалюк Ю.А. Физика атмосферных аэрозольных систем. // СПб.: НИИХ СПбГУ. 1999. - 194 с.

86. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Термодинамика и молекулярная физика. // М.: Наука. 1979. - 551 с.

87. Смолуховский. М. Сб. «Коагуляция коллоидов». // M.-J1. ОНТИ. 1936. — № 7.

88. Райст П. Аэрозоли. Введение в теорию. // М: Мир. 1987. - 280 с.

89. X. Грин, В. Лепн. Аэрозоли пыли, дымы и туманы. Изд. 2-е, стер. // Изд-во «Химия». - 1972. - С. 428.

90. Дубовский П.Б. Новая дискретная модель кинетики коагуляции и свойства ее непрерывного аналога. // Математическое моделирование. -2000. Т. 12. - № 9. - С. 3-15.

91. Черный Г.Г. Газовая динамика: Учебник для университетов и втузов. // М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. 1988. - 424 с.

92. Рахматуллин Х.А. Волны в двухкомпонентных средах. // Ташкент: ФАН УзССР. 1974. - 266 с.

93. Кутателадзе С.С., Накоряков В.Е. Тепломассообмен и волны в газожидкостных системах. // Новосибирск: Наука. 1984. - 303 с.

94. Крайко А.Н., Ватажин А.Б., Любимов Г.А. Механика жидкости и газа. Избранное. Под общей ред. Крайко А.Н. // М.: ФИЗМАТ ЛИТ. 2003. -752 с.

95. Накоряков В.Е., Покусаев Б.Г., Шрейбер И.Р. Волновая динамика газо-и парожидкостных сред. // М.: Энергоатомиздат. 1990. - 248 с.

96. Федоров А.В., Кратова Ю.В., Хмель Т.А., Фомин В.М.

97. Распространение ударных и детонационных волн в каналах различной геометрии в газовзвесях. // Физико-химическая кинетика в газовой динамике, www.chemphys.edu.ru/pdf/2008-09-01-006.pdf (электронное издание). Дата обращения: 17 марта 2009 г.

98. Суров B.C. Односкоростная модель гетерогенной среды. // Мат. моделирование. 2001. - Т. 13. - № 10. - С. 27^12.

99. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. 7. Теория упругости. // М.: ФИЗМАТЛИТ. 1987. - 248 с.

100. Пискунов В.Н. Моделирование динамических процессов в аэродинамических системах. // Саров: Изд-во РФЯЦ-ВНИИЭФ. 2004. -162 с.

101. Эккерт Э.Р., Дрейк P.M. Теория тепло- и массообмена. // Пер. с англ. под ред. А. В. Лыкова. М.-Л. — Госэнергоиздат. - 1961. - 680 с.

102. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика: Учебное пособие для вузов. 3-е издание, исправленное и дополненное. В 10 томах. Т. 6. Гидродинамика. // М.: ФИЗМАТЛИТ. 1986. - 736 с.

103. Маделунг Э. Математический аппарат физики: Справочное руководство.//М.: Наука. 1968. -618 с.

104. Яловец А.П. Расчёт течений среды при воздействии интенсивных потоков заряженных частиц. // ПМТФ. 1997. - Т. 38. - № 1. - С. 151— 166.

105. Уилкинс M.JI. Расчет упругопластических течений. // Вычислительные методы в гидродинамике. Под редакцией Олдера Б., Фернбаха С., Ротенберга М. М.: «Мир» . 1967. - 263 с.

106. Dukhin A.S., Goetz P.G. Ultrasound for characterizing colloids. // Elsevier. — 2002.

107. Н.Б. Волков, A.E. Майер, B.C. Седой, Е.Л. Фенько, А.П. Яловец.

108. Механизмы генерации наноразмерных металлических частиц при электрическом взрыве проводников. // ЖТФ. 2010. - Т. 80. — В. 4. — С. 77-80.

109. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. Для научных работников и инженеров. // М.: ФИЗМАТЛИТ. 1974. - 832 С.

110. А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, A.M. Братковский и др. Физические величины: Справочник. // Под. ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат. 1991. - 1232 С.